一种低成本快速三相交流电缺相检测电路

技术领域

本发明属于电子检测电路领域，具体涉及到一种低成本快速三相交流电缺相检测电路。

背景技术

绝大多数三相交流供电设备对三相交流供电电源的供电要求较高，例如输入电压范围、电压频率等，输入电压过低或过高设备都可能无法正常工作，而三相交流缺相不仅仅影响设备正常工作，如果三相交流缺相时没有及时保护，严重时可能导致设备损坏。

现有的缺相保护设计电路一般是通过电阻分压、隔离数字光耦等器件对三相交流进行采样，再通过模拟或者数字信号处理来完成对比分析等设计来完成缺相检测判断并输出保护信号，实现三相用电设备的缺相保护。但现有的缺相保护设计存在两方面问题：一是三相交流欠压时容易误报交流缺相或者缺相保护不够及时；二是所使用的设计方法和电路原理较复杂、使用的元器件较多，导致了设备的物料成本和加工成本增加，最主要的是越复杂的电路系统稳定性和可靠性相对越低，造成设备的整体可靠性下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种低成本快速三相交流电缺相检测电路。

本发明是这样实现的：一种低成本快速三相交流电缺相检测电路，包括：

整流电路：所述整流电路连接于三相交流电源的输入端，用于将交流电转换成直流电，向外输出电压信号Ua；

采样滤波电路：所述采样滤波电路连接于所述整流电路的输出端，所述采样滤波电路接收所述整流电路输出的电压信号Ua，对该电压信号Ua进行分压，并对分压后得到的某一电压进行滤波稳压，从而得到电压信号Ub；

信号比较输出电路：所述信号比较输出电路连接于所述采样滤波电路的输出端，将电压信号Ub与参考电平VREF进行比较，根据比较结果向外输出电压信号Uc，所述电压信号Uc为高电平信号或者低电平信号；

保护信号输出电路：所述保护信号输出电路连接于所述信号比较输出电路的输出端，所述保护信号输出电路根据电压信号Uc来控制是否将所述保护信号输出电路的输出端的电压拉低。

进一步的，所述整流电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成，所述二极管D1、二极管D2和二极管D3的正极分别和所述二极管D4、二极管D5和二极管D6的负极相连后并联在一起，相线输入端A连接于所述二极管D1和二极管D4的公共端上，相线输入端B连接于所述二极管D2和二极管D5的公共端上，相线输入端C连接于所述二极管D3和二极管D6的公共端上。

进一步的，所述采样滤波电路包括分压单元和低通滤波单元，所述分压单元由电阻R1和电阻R2组成，所述电阻R1和电阻R2串联后，接于所述整流电路的两输出端；

所述低通滤波单元由电容C1、电阻R3和电容C2组成，所述电阻R3的一端与所述电阻R1和电阻R2的公共端连接，另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端连接至地线，所述电容C1的一端与所述电阻R1和电阻R2的公共端连接，另一端连接至地线。

进一步的，所述信号比较输出电路包括一运算放大器U1或一电压比较器，所述运算放大器U1或电压比较器的反向输入端通过电阻R4与所述采样滤波电路的输出端连接，同时，所述运算放大器U1或电压比较器的同向输入端通过电阻R5与参考电平VREF输入端连接，所述运算放大器U1或电压比较器的输出端与所述保护信号输出电路的输入端连接。

进一步的，所述保护信号输出电路包括二阶滤波单元和导通控制单元。

进一步的，所述二阶滤波单元包括电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4，所述电阻R6的一端与所述信号比较输出电路的输出端连接，另一端分别与所述电容C3的一端和电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与所述电容C4的一端连接，所述电容C3的另一端和电容C4的另一端均连接至地线。

进一步的，所述导通控制单元包括三极管Q1、电阻R8及电阻R9，所述三极管Q1的集电极通过电阻R9连接至驱动电源，所述三极管Q1的基极与所述二阶滤波单元的输出端连接，所述三极管Q1的发射极连接至地线，所述电阻R8的一端与所述三极管Q1的基极连接，另一端连接至地线，所述三极管Q1的集电极作为控制输出端。

进一步的，所述控制输出端还设有信号隔离单元，所述信号隔离单元为一光耦器件。

本发明提供的一种低成本快速三相交流电缺相检测电路，通过实时采集交流电三相的电压，将采集到的的电压与参考电压进行比较，并根据比较结果来控制是否将保护信号输出电路的输出端的电压拉低，从而实现三相交流电缺相检测功能；该相位检测电路结构简单，避免了过多复杂的元器件，成本低，同时还能及时采集三相电流，准确、及时地检测到三相交流输入缺相并输出保护信号，实现了对三相交流缺相快速检测，为三相供电设备在发生缺相时争取更多的保护动作时间，提高了设备工作可靠性和安全性，并降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1是本发明提供的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为发明公开的一种低成本快速三相交流电缺相检测电路，包括依次连接在一起的整流电路、采样滤波电路、信号比较输出电路及保护信号输出电路。

所述整流电路连接于三相交流电源的输入端，用于将交流电转换成直流电，向外输出电压信号Ua。

具体的，所述整流电路利用二极管的单向导通性能够快速稳定地将交流电转变为直流电，具体由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成，所述二极管D1、二极管D2和二极管D3的正极分别和所述二极管D4、二极管D5和二极管D6的负极相连后并联在一起，相线输入端A连接于所述二极管D1和二极管D4的公共端上，相线输入端B连接于所述二极管D2和二极管D5的公共端上，相线输入端C连接于所述二极管D3和二极管D6的公共端上，所述相线输入端A、相线输入端B和相线输入端C分别对应三相交流电源的U、V、W三相，经过所述整流电路整流后，U、V、W三相的电流信号转化为电压信号稳定输出至后续的采样滤波电路进行信号采样。

所述采样滤波电路连接于所述整流电路的输出端，所述采样滤波电路接收所述整流电路输出的电压信号Ua，对该电压信号Ua进行分压，并对分压后得到的某一电压进行滤波稳压，从而得到电压信号Ub。

具体的，所述采样滤波电路包括分压单元和低通滤波单元，所述分压单元由电阻R1和电阻R2组成，所述电阻R1和电阻R2串联后，接于所述整流电路的两输出端，经过所述整流电路的电压信号Ua输送至所述分压单元进行分压，得到分压信号，能在大电压的环境下准确采集到三相信号并传输至所述低通滤波单元。本实施例中，所述电压信号Ub具体为电阻R2两端的电压信号。

所述低通滤波单元设于所述分压单元的输出端，与所述电阻R2相互并联，所述低通滤波单元由电容C1、电阻R3和电容C2组成，所述电阻R3的一端与所述电阻R1和电阻R2的公共端连接，另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端连接至地线，所述电容C1的一端与所述电阻R1和电阻R2的公共端连接，另一端连接至地线，对电阻R2两端上的分压信号进行滤波稳压，具有抗干扰的作用，能准确采集到三相输入信号，继而输出电压信号Ub。

所述信号比较输出电路连接于所述采样滤波电路的输出端，将电压信号Ub与参考电平VREF进行比较，根据比较结果向外输出电压信号Uc，所述电压信号Uc为高电平信号或者低电平信号。

更进一步的，所述信号比较输出电路包括一运算放大器U1或一电压比较器，所述运算放大器U1或电压比较器的反向输入端通过电阻R4与所述采样滤波电路的输出端连接，同时，所述运算放大器U1或电压比较器的同向输入端通过电阻R5与参考电平VREF输入端连接，所述运算放大器U1或电压比较器的输出端与所述保护信号输出电路的输入端连接，电压信号Ub通过所述运算放大器U1或电压比较器与参考电平VREF进行信号比较，最终输出电压信号Uc。所述电压信号Uc为高电平信号或者低电平信号，当所述电压信号Uc为低电平信号时，就发生缺相现象。

所述保护信号输出电路连接于所述信号比较输出电路的输出端，所述保护信号输出电路根据电压信号Uc来控制是否将所述保护信号输出电路的输出端的电压拉低。

进一步的，所述保护信号输出电路具体包括二阶滤波单元和导通控制单元，所述二阶滤波单元包括电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4，所述电阻R6的一端与所述信号比较输出电路的输出端连接，另一端分别跟所述电容C3的一端和电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与所述电容C4的一端连接，所述电容C3的另一端和电容C4的另一端均连接至地线，所述信号比较输出电路输出的电压信号Uc经过所述二阶滤波单元进行二次疑杂信号的排除，配合所述低通滤波单元，使得最终输出的OUT电平信号更加的准确，从而得出更加可靠的输出缺相信号。

所述导通控制单元包括三极管Q1、电阻R8及电阻R9，所述三极管Q1的集电极c通过电阻R9连接至驱动电源，所述三极管Q1的基极b与所述二阶滤波单元的输出端连接，所述三极管Q1的发射极e连接至地线，所述电阻R8的一端与所述三极管Q1的基极连接，另一端连接至地线，所述三极管Q1的集电极c作为控制输出端，电压信号Uc经过所述二阶滤波单元后会驱动所述三极管Q1，把微弱的缺相信号放大成幅度值较大的电信号，提高检测的准确性。进一步地，所述控制输出端还可以设有信号隔离单元，所述信号隔离单元可以选用现有的光耦器件，避免后端电路对该三相交流电缺相检测电路的干扰。

具体检测原理分析如下：

所述整流电路的输出电压信号Ua经过所述分压单元分压后，并经过所述低通滤波单元滤波后输出电压信号Ub，当三相交流电源不缺相时，电压信号Ua和电压信号Ub的信号纹波均较小，也就是电压信号Ub的最低值较高，即三相交流电源正常时，电压信号Ub最低值会高于参考电平VREF，最终输出的电压信号Uc始终为低电平信号，使得所述三极管Q1截止，最终使得所述保护信号输出电路的输出端OUT保持在高电平信号，即为正常信号(不缺相)。

而三相交流电源缺相时，所述采样滤波电路输出的电压信号Ub的信号纹波较大，也就是电压信号Ub的最低值较低，甚至接近零伏，导致所述运算放大器U1输出的电压信号Uc在一个周波内有较长时间电压瞬时值低于所述VREF，对应的时间区域内所述运算放大器U1输出高电平，其余时段输出低电平，为高电平信号的电压信号Uc经所述二阶滤波单元滤波后能够维持所述三极管Q1导通，使得所述三极管Q1工作在饱和放大状态，拉低整个所述保护信号输出电路的输出端OUT的电压，最终OUT端为低电平信号，即发生缺相，实现了在半个交流电压周期内可以可靠输出缺相信号。

综上所述，本实施例结构简单，成本低，同时还能及时采集三相电流，准确、及时地检测到三相交流输入缺相并输出保护信号，实现了对三相交流缺相快速检测，为三相供电设备在发生缺相时争取更多的保护动作时间，提高了设备工作可靠性和安全性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。